虛擬現(xiàn)實技術論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

計算機現(xiàn)在是運用的比較普遍的一種表現(xiàn)方式，有三維表現(xiàn)和虛擬動漫的表現(xiàn)形式，而現(xiàn)在我們運用計算機表現(xiàn)的形式是3D多，現(xiàn)在基于人們的文化修養(yǎng)和審美意識提高，在室內(nèi)設計方面的表現(xiàn)手法選擇性越來越多，有時候同樣方案和同樣的設計，但是表現(xiàn)手法不一樣，就會給客戶不一樣體驗和效果。而基于這種計算機和傳統(tǒng)手法相結合的虛擬表現(xiàn)手法就有很大的優(yōu)勢，可以更加直觀充分的展現(xiàn)給客戶看了。

二、虛現(xiàn)實在室內(nèi)設計的運用和發(fā)展目的

室內(nèi)設計發(fā)展至今，已經(jīng)有多種表現(xiàn)形式了，那么虛擬表現(xiàn)在室內(nèi)設計中有一下幾個功能和目的：

1、充分的幫助設計師講解設計理念

在室內(nèi)設計這專業(yè)出現(xiàn)之前，室內(nèi)裝修都是以業(yè)主根據(jù)自己的欣賞水平和想象來施工的，這種方式只能以親自在現(xiàn)場知道工人去施工，所以也就沒有施工圖啊，設計方案之說，裝修功能也只局限于人類的居住需求。隨著社會發(fā)展才分工出設計師行業(yè)，也就有了方案和平面圖包括效果圖，伴隨著設計師和客戶交流也越來越多。但是在交流中客戶和設計師都有對方案的理解，那么就能使設計師更好的修改方案，也就能和施工人員對接施工，但是這種施工固然能解決設計問題，也能更好的和施工人員交流，但是還不能滿足設計師和客戶之間的交流，在這個發(fā)展過程中虛擬現(xiàn)實運用很好的彌補了室內(nèi)設計的不足，能使設計師的方案更直接的和客戶交流對接，當然更加豐富了室內(nèi)設計的表現(xiàn)手法。

2、在室內(nèi)設計中優(yōu)勢

近年來，虛擬設計在室內(nèi)設計中作為一個獨立體系正在快速的發(fā)展，三維立體在虛擬現(xiàn)實中相比于傳統(tǒng)手繪中的優(yōu)勢在于實際設計空間的真實尺寸體現(xiàn)。這種設計更加直觀的表達出設計師的效果，更加人性化和專業(yè)化，在設計過程中更加快捷、直觀、逼真。

3、靈感創(chuàng)作的來源

計算機更能反映空間的真實性，虛擬在空間的創(chuàng)作中，能把各種模型組合有利于激發(fā)設計師的創(chuàng)作潛能和再創(chuàng)作的靈感。在計算機創(chuàng)造中，各種模型有趣的組合，能使設計師找到源自大自然的設計，一切的設計來自大自然萬物，它能使設計師在面對計算機時消除疲勞，避免單調(diào)的工作，使設計師有更多的時間來找創(chuàng)作作品的靈感。

4、合理的展示平面布局

計算機處理數(shù)據(jù)的強大功能，室內(nèi)設計的數(shù)據(jù)一般通過計算機數(shù)據(jù)處理得來的，像室內(nèi)的平面圖的尺寸、標注等都可以用計算機處理得來的。傳統(tǒng)方式則需要設計師發(fā)費大量的人力物力來計算，而且沒有計算機那樣精準?，F(xiàn)在計算機的處理大大節(jié)省了時間和人力成本。

三、虛擬現(xiàn)實技術在運用中的不足

1、時間成本更高

以往通過傳統(tǒng)方式手繪來與客戶交流，直接可以描繪出客戶的想法，而虛擬現(xiàn)實的制作方式則相對來說時間周期更長，也更加不好修改，在表現(xiàn)方式越來越多的情況下，手繪通常時間比較節(jié)省，而電腦制作的效果圖相對來說也比較短，而使用的虛擬現(xiàn)實技術來表現(xiàn)方案時，通常比較漫長的，而且也不容易修改，因此虛擬技術在現(xiàn)實運用中的時間成本比較高。

2、價格成本偏高

虛擬技術與傳統(tǒng)方式相比較的價格偏高由多方面的成本因素的，首先虛擬技術是一門新型的信息技術，是伴隨著科技發(fā)展的成果，目前掌握這門技術的人員不是很多，這是作為一門技術表現(xiàn)的方式，其次是因為虛擬技術在現(xiàn)實操作中時間成本相對來說比較高，而且對計算機的硬件要求比較高，這也無形中增加了運行成本，因此虛擬現(xiàn)實運用在實際運行中有著多方面的制約因素。

3、技術人才的匱乏

目前我國教育還沒有大量培養(yǎng)掌握這門技術的人才，而科技在前進，所以人才的匱乏不足也制約著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展。

四、結束語

第2篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

摘要：虛擬現(xiàn)實技術土木工程可視化計算

一、引言

隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步增長和基礎建設規(guī)模的加入，建設項目的規(guī)模越來越大、結構形式日益復雜，對土木工程學科管理的科學性、精確性要求越來越高。實現(xiàn)土木工程的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木建筑工程項目管理現(xiàn)代化的要求和本領域的探究熱點。虛擬現(xiàn)實技術(VirtualReality,VR)是綜合性和集成性極強的高新技術，在軍事、醫(yī)學、設計、藝術、娛樂等多個領域都得到了廣泛的應用。土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術涉及土木工程領域的各個學科，已顯示出一定的實用性，技術潛力十分巨大，應用前景非常廣闊[1。

二、虛擬現(xiàn)實技術及其特征

虛擬現(xiàn)實技術，又稱靈境技術，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術。它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支，大大推進了計算機技術的發(fā)展。VR技術是把抽象、復雜的計算機數(shù)據(jù)空間轉化為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術實質(zhì)在于提供一種高級的人機接口。利用VR技術所產(chǎn)生的局部世界是人造和虛構的，并非是真實的，但當用戶進入這一局部世界時，在感覺上和現(xiàn)實世界卻是基本相同的。因此，虛擬現(xiàn)實技術改變了人和計算機之間枯燥、生硬和被動的目前狀況，給用戶提供了一個趨于人性化的虛擬信息空間。它以模擬方式為使用者創(chuàng)造了一個實時反映實體對象變化和相互功能的三維圖像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中，使參和者可直接參和和探索虛擬對象所處環(huán)境的功能和變化，仿佛置身于現(xiàn)實世界中。一個身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由包括計算機圖形學、圖象處理和模式識別、智能接口技術、人工智能技術、多傳感器技術、語音處理和音像技術、網(wǎng)絡技術、并行處理技術和高性能計算機系統(tǒng)等不同功能、不同層次的具有相當規(guī)模的子系統(tǒng)所構成的大型綜合集成環(huán)境。所以，虛擬現(xiàn)實技術是綜合性極強的高新信息技術。虛擬現(xiàn)實技術具備以下三個方面的特性。

1．沉浸性

虛擬現(xiàn)實技術是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特征，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者和虛擬環(huán)境中的各種對象的相互功能，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

2．交互性

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過非凡頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

3．多感知性

由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

三、虛擬現(xiàn)實技術在土木工程中的應用

1．虛擬現(xiàn)實技術在土木工程中的應用前景

在土木工程中，長期以來人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內(nèi)容，如用平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規(guī)定的符號來表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精練的語言來描述復雜的場景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理和傳遞方式受到信息接受者所從事的職業(yè)、知識結構及理解能力的影響，交流起來非常困難。

VR技術的發(fā)展為我們克服這一困難提供了極其有效的手段。用虛擬現(xiàn)實既能表示真實的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實世界時，可以突破物理空間和時間的約束，做到能“超越現(xiàn)實”；在表示虛擬世界時，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進出自如、交互功能的三維信息空間”。VR技術為用戶提供了一種新型的人機接口，它利用計算機生成交互式三維環(huán)境，不僅使參和者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參和者的運動和操作做出實時準確的響應。

2．虛擬現(xiàn)實技術在土木工程中的應用領域

由于具有上述的優(yōu)勢特征，虛擬現(xiàn)實技術在土木工程中得到了廣泛的應用，并且具有廣闊的應用前景?，F(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實技術在土木工程中的應用主要有以下幾個方面[2。

（1）在虛擬施工過程和施工結構計算中的應用[3

在實際工程施工中，復雜結構施工方案設計和施工結構計算是一個難度較大的新問題，前者難點關鍵就在于施工現(xiàn)場的結構構件及機械設備間的空間關系的表達；后者在于施工結構在施工狀態(tài)和荷載下的變形大于就位以后或結構成型以后。

基于虛擬現(xiàn)實的復雜結構施工方案設計是指利用虛擬現(xiàn)實技術，在虛擬的環(huán)境中，建立四周場景、結構構件及機械設備等的三維CAD模型（虛擬模型），形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能，并對系統(tǒng)中的模型進行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結果，在人機交互的可視化環(huán)境中對施工方案進行修改。復雜結構施工涉及的因素較多，起重機的布置位置、高度，纜風繩著力點的選擇，構件堆場的位置，起重機的開行路線，構件起吊路線等，都是施工方案設計必須考慮的新問題。若對這些新問題考慮得不夠，則工程施工的進度、成本等都會受到影響，甚至導致平安事故的發(fā)生。

建筑結構施工前往往要對施工方案進行受力狀態(tài)復核。如在大跨空間結構施工中，不僅要考慮施工過程的平安性、可行性，還要考慮結構本身在施工過程中平安性、可靠性。某展覽中心，鋼結構屋蓋支承在鋼桅桿上，桅桿兩端為錐形，和下部混凝土結構鉸結。為了減小鋼桁架的變形，更為了維持結構的穩(wěn)定，在鋼屋蓋桅桿和混凝土之間，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、穩(wěn)定索)和撐桿，形成一個穩(wěn)定的結構體系。在鋼結構的施工中，不同的支撐方案、不同的拼接方案，在結構的不同部位會引起不同的效應，而隨著連接桿件的安裝，這些施工階段的應力將殘余在結構部位上，并影響到最終的結構受力平安性；并在結構就位過程中，有可能失穩(wěn)和變形。這就需要進行施工過程的精確分析。用虛擬現(xiàn)實技術可以對不同的方案，在短時間內(nèi)做大量的分析，從而保證施工方案最優(yōu)化。

（2）在工程項目招標投標中的應用

建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，建筑市場的過度競爭已是長期的事實?，F(xiàn)代建筑工程項目的運作，業(yè)主處于絕對有利的地位。在有限的時間內(nèi)，如何使業(yè)主和評標的專家很好地了解招投標文件的編制和被認可的程度直接關系到承包商有沒有中標的機會。因此，承包商在注重投標文件的技術可行、報價合理的同時，也非常注重投標文件的包裝。尤其是大型工程、國家重點工程和國際工程的招標投標，往往在項目企劃階段就已經(jīng)開始這方面的運作[4。

借助虛擬仿真系統(tǒng)，把不能預演的施工過程和方法表現(xiàn)出來，不僅節(jié)省了時間和建設投資，而且不用項目經(jīng)理的現(xiàn)場答辯，方案的優(yōu)劣就一目了然。這無疑大大增加了承包商中標的幾率。

（3）在可視化計算領域的應用

可視化計算將是今后一個重要的發(fā)展方向。在科研中，人們會碰到大量數(shù)據(jù)，為從中得出有價值的規(guī)律和結論，需要對龐大的數(shù)據(jù)量進行認真分析。對科學計算取得的數(shù)據(jù)進行可視化加工或三維圖形顯示，可通過交互改變參數(shù)來觀察計算結果的全貌及其變化，實現(xiàn)參數(shù)化及可視化計算，虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)生了飛躍式的發(fā)展。

在運用有限元法進行結構分析時，利用虛擬現(xiàn)實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能，實時修改各種數(shù)據(jù)，以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。把可視化計算技術應用于超大型復雜結構的設計、工程控制和結構分析中，將增強計算軟件的前后置處理能力。例如，在橋梁工程控制和結構分析的可視化計算中，倒退(拆)分析結構倒拆動態(tài)演示、結構理想施工線型顯示、施工階段主梁形心線的設計曲線和實測擬合曲線的顯示、前進分橋結構拼裝動態(tài)演示、施工預告圖形顯示、主梁內(nèi)力圖顯示、危險截面應力分布圖顯示等等。更重要的是能借助圖形或圖像來進行實時動態(tài)地控制結構的重分析和獲取施工控制數(shù)據(jù)，同時能實時動態(tài)演示和控制設計和施工的過程。

四、結語

虛擬現(xiàn)實技術在不斷發(fā)展，專用于計算機圖形和多媒體信息處理的高性能DSP芯片可使處理能力提高上百倍，三維圖形算法和參數(shù)化建模算法等可使虛擬現(xiàn)實技術更加成熟。目前，虛擬現(xiàn)實技術還有很多不完善的地方，尤其在土木工程的探究方面，我們應努力建設虛擬現(xiàn)實技術實驗室，開發(fā)有價值的虛擬現(xiàn)實工程系統(tǒng)，使其在工程設計、施工、管理和可視化計算等方面得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1張躍．土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術[N．科技日報．1997年6月23日．

[2沈金良．虛擬現(xiàn)實技術在工程設計中的應用[J．科技交流，2004，(3)．

第3篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

關鍵詞：VRML；虛擬現(xiàn)實；三維；裝修設計；DIY

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3724-03

1 概述

隨著人們對家居環(huán)境的要求提高，家庭裝修設計進入個性化時代，越來越多的人開始嘗試自己當設計師，為新居貼上個性標簽，但是往往僅憑想象無法確定設計效果，在選擇方案時表現(xiàn)得比較猶豫。對此，該文應用虛擬現(xiàn)實技術通過計算機虛擬三維家居設計環(huán)境，幫助用戶在多種感官上產(chǎn)生沉浸于自己設計的家居環(huán)境的感覺，從而幫助用戶對設計方案進行正確判斷。

2 VRML虛擬現(xiàn)實建模語言

VRML（Virtual Reality Modeling Language虛擬現(xiàn)實建模語言）始于20世紀90年代，是一種用于三維虛擬場景建模的語言，是目前Internet上三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。它的出現(xiàn)及其發(fā)展改變了網(wǎng)絡的二維平面世界，帶給我們一個全新的三維立體網(wǎng)絡世界，能夠進行動態(tài)交互和智能感知，是計算機網(wǎng)絡、多媒體技術與人工智能等技術的完美結合。

VRML提供了54個節(jié)點類型用于構造復雜場景建模，其中有6種插補器節(jié)點創(chuàng)建動畫效果，7種傳感器節(jié)點完成感知和反應的交互功能，而且可以嵌入Java、 JavaScript等程序實現(xiàn)人機交互，從而極大地擴充其變現(xiàn)能力。還可以將3DS MAX建立的場景直接導出成VRML文件，或者可以在3DS MAX中建立VRML節(jié)點。

3 DIY裝修虛擬設計系統(tǒng)設計

系統(tǒng)提供多種可以設計的虛擬空間如客廳、餐廳和臥室等模型，用戶選擇設計空間后，可以更換家具、軟裝等設計元素。虛擬設計作品欣賞提供一些優(yōu)秀的設計作品供用戶參考。系統(tǒng)幫助對系統(tǒng)的使用進行說明。

4 DIY裝修虛擬設計系統(tǒng)實現(xiàn)

采用VRML建模相對較為麻煩，象虛擬空間如客廳、臥室等的建模以及家具、窗簾等一些復雜造型的建?？梢圆捎脤I(yè)建模工具3DS MAX進行建模，導出成VRML文件，然后使用VRML進行優(yōu)化，使用Script節(jié)點添加交互換裝功能。

4.1 導航欄、材質(zhì)圖片按鈕及其對話框的實現(xiàn)

5 小結

VRML提供各種節(jié)點構建動態(tài)、豐富的三維場景，并且可以利用程序腳本和Script節(jié)點，創(chuàng)建一些節(jié)點，讓它們產(chǎn)生復雜的動作，為VRML提供強有力的補充?；赩RML制作的DIY裝修虛擬設計系統(tǒng)能較好地讓用戶隨意更換居室設計，幫助用戶真實感知自己設計的效果，享受自己動手設計自己居住環(huán)境的。今后還需在參數(shù)化居室，能讓用戶添加設計元素的方面進行改進，增加系統(tǒng)的實用性。

參考文獻：

[1] 胡小強.虛擬現(xiàn)實技術基礎與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.

[2] 張德豐，周靈.VRML虛擬現(xiàn)實應用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3] 薛慶文，辛允東.虛擬現(xiàn)實VRML程序設計與實例[M].北京：清華大學出版社，2012.

[4] 馮國安. 3ds max建模與動畫[M].武漢：華中科技大學出版社，2012.

[5] 溫靜.基于VRML的虛擬配色換裝系統(tǒng)在室內(nèi)設計教學中的應用研究[D].成都：四川師范大學碩士學位論文，2010.6

[6] 馮國良.基于 Web及VRML網(wǎng)絡教學平臺的設計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學碩士學位論文，2010.

第4篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

一、網(wǎng)絡虛擬實驗室的建立

1.虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術迅速發(fā)展的產(chǎn)物,寫作畢業(yè)論文是一門在計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口技術、多媒體技術和傳感技術的基礎上發(fā)展起來的交叉學科。其基本方法和目標是集成并利用高性能的計算機軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗。

虛擬現(xiàn)實具有三個基本特征。沉浸性,是指觀察者對虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實是一個開放的環(huán)境,能對用戶的輸入作出響應,并能通過監(jiān)控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實不僅是一個媒體、一個高級用戶界面,還是一個應用系統(tǒng),它以生動形象的形式反映設計者的思想。虛擬現(xiàn)實的三個基本特征強調(diào)了人在這個系統(tǒng)中的主導作用。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是運用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場景,用戶通過鍵盤、鼠標等設備與虛擬場景交互,它的特點是結構簡單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡虛擬實驗室

所謂網(wǎng)絡虛擬實驗室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng),包括相應的實驗室環(huán)境、有關的實驗儀器設備、實驗對象及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現(xiàn)實實驗室的真實實現(xiàn),也可以是虛擬構想的實驗室,虛擬實驗通過虛擬實驗室進行。在虛擬實驗中,實驗者有逼真的感覺,有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實實驗室里近距離進行現(xiàn)場操作。在虛擬實驗中,沒有一個有形的實驗室,也沒有以實物形態(tài)存在的實驗工具與實驗對象,實驗過程主要是對虛擬物的操作。

3.計算機專業(yè)虛擬實驗室的創(chuàng)建

構建專業(yè)虛擬實驗室,其實就是搭建一個網(wǎng)絡平臺系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎設施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個是實驗室平臺軟件系統(tǒng)的開發(fā),它與網(wǎng)站建設相聯(lián)系;另一個是網(wǎng)站的內(nèi)容(實驗內(nèi)容)建設,這是實驗室建設的關鍵。虛擬實驗室應有可以做的實驗來支撐,不然軟件平臺就是一個空架子,形同虛設。同時,該平臺上還應有實驗管理的支持,對實驗儀器、實驗報告、實驗指導、實驗成績及網(wǎng)上答疑等進行有效管理,并對虛擬實驗室進行監(jiān)控,計算機網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

(1)實驗管理模塊,由學生管理、教師管理、儀器管理和學生成績管理等組成。寫作碩士論文在學生管理方面,學生通過瀏覽器進行注冊登錄,登陸成功后可瀏覽實驗項目,查看實驗的詳細資料,預約實驗項目及做實驗的時間,在線發(fā)送和接受消息,進行問題討論,進行實驗登記,實驗完成后可通過網(wǎng)絡寫實驗報告并提交報告。教師管理方面,可對實驗內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對學生提交的實驗報告列表,批改實驗報告,填寫評語和成績,提交批改結果,與學生進行討論。儀器管理方面,對新設計開發(fā)的虛擬儀器上傳并進行分類整理,以便實驗使用。成績管理方面對學生的實驗情況(實驗次數(shù)、實驗報告及完成情況)給出成績,并進行統(tǒng)計分析及提供查詢等。

(2)儀器展示模塊,對虛擬實驗室可用虛擬元器件、虛擬儀器設備分門別類地進行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來,供學生在實驗時進行選擇。

(3)實驗指導模塊,包括實驗介紹、實驗方法、實驗項目的重點及難點、實驗目的、實驗原理、實驗準備、實驗任務、實驗過程、實驗報告的要求及實驗應注意的事項等。

(4)實驗報告模塊,主要對學生完成實驗后,提供相關的實驗報告模板,供學生下載,由學生填寫相關內(nèi)容以及實驗的結果,完成后上傳電子版實驗報告,由教師進行批閱,并進行記載。

(5)實驗答疑模塊,由專業(yè)教師對學生實驗中出現(xiàn)的疑難問題進行及時解答,幫助學生順利通過實驗。同時了解學生對實驗的掌握程度,并及時反饋、調(diào)整教學。

(6)論壇交流模塊,教師和學生可以通過論壇進行充分的交流,學生可以將實驗中的收獲、經(jīng)驗和體會及問題到論壇上,教師可以將一些典型的問題提出來,供大家探討。學生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見解,教師從中可以得到及時的實驗教學反饋信息,以便整改7)虛擬實驗模塊,是虛擬實驗室建設的重要部分。學生通過該模塊進行虛擬實驗,寫作醫(yī)學論文以達到鞏固強化知識的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學習的具體情況及實驗建設條件,可不斷增加。計算機專業(yè)網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)的建設,可以引入其他學校的虛擬實驗室中。這種方式比較簡單,容易實現(xiàn),見效較快。但需要投入較多的軟件購置費用,同時也需要結合本校的實際情況進行一些調(diào)整,有一個磨合期。另一種是因地制宜,自主開發(fā)。根據(jù)本校的實際教學和實驗情況,結合學生的實際水平,由任課教師或聘請部分專家組成開發(fā)小組,進行一系列的虛擬實驗項目的開發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實驗室中,逐漸擴充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對性地進行設計開發(fā),適合學生的實際情況,學生容易接受,并且經(jīng)費投入較少。缺點是開發(fā)周期較長,系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結合起來,一是引入、購置部分自己不宜開發(fā)的實驗項目,二是結合自身的優(yōu)勢和長處開發(fā)一些實驗項目,如非交互性的、演示性的虛擬實驗項目等。

二、加強網(wǎng)絡虛擬實驗室的管理

1.加強用戶管理,為每個學生分配賬號。對學生進入虛擬實驗室,使用實驗室做虛擬實驗等進行登記保存。鼓勵學生經(jīng)常訪問虛擬實驗室,在上面提出問題、發(fā)表見解,做好實驗,努力提高虛擬實驗室的人氣。

2.全天候開放虛擬實驗室。學生可以隨時進入虛擬實驗實自己動手組織實驗,自己設計實驗方案,動手完成實驗,整理和總結實驗數(shù)據(jù),寫作職稱論文提交實驗報告,培養(yǎng)學生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學生為中心”的自主個性發(fā)展模式轉變。

3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導與答疑,參與論壇討論交流,及時批改實驗報告,為學生順利完成實驗提供服務。在虛擬實驗室中,教師應對學生提出的疑問盡快給出幫助和解答,并進行必要的指導。在實驗室論壇上發(fā)表觀點,提出問題讓學生思考,使師生在虛擬實驗室中有較強的互動性,教師應充當好學生實驗的合作者和知識的建構者的角色。

4.對學生在虛擬實驗室的表現(xiàn)及實驗效果進行

評價。針對學生每一門課程的虛擬實驗完成情況、實驗報告、網(wǎng)上提問、論壇發(fā)帖的情況,給學生一個成績和評價,反饋給學生,寫作英語論文并與該課程的正常實物實驗一起記入實驗總分。教師也要在對學生評價的同時,征求學生對虛擬實驗室的意見,對學生反饋的信息進行整改。

計算機網(wǎng)絡虛擬實驗室的建立,可以很好地解決目前硬件設備跟不上實驗的要求、學生實驗時間不夠用等問題,對于提高學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應用中還要注意處理好“虛擬實驗”和“實物實驗”的關系,不能一味地強調(diào)虛擬實驗,要“虛實”結合,既相互補充,又各有側重,這樣才能取得很好的實驗教學效果。同時,在虛擬實驗中要注意培養(yǎng)學生嚴謹?shù)?、一絲不茍的科學實驗作風。

參考文獻

[1]王嗣源.虛擬實驗室建設的初步探討.西安郵電學院學報,2005(4).

[2]蔣光明.基于互聯(lián)網(wǎng)的開放式虛擬實驗模型研究.西南師范大學學報(自然科學版),2002(3).

第5篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

關鍵詞：GUI；界面；設計原則

1什么是虛擬現(xiàn)實交流服務平臺

（1）什么是GUI界面設計？所謂界面的概念，它存在于人與物之間的信息交流，存在于人與物信息交流的一切領域。廣義上講它的內(nèi)涵要素極為寬泛，可將設計界面定義為設計中所面對、所分析的一切信息交互的總和，它反映著人與物之間的關系。GUI（Graphical User Interface）即人機交互圖形化用戶界面，準確來說就是屏幕產(chǎn)品的視覺體驗和互動操作部分，我們常見的有電腦操作平臺及軟件產(chǎn)品、移動手機操作平臺、數(shù)碼產(chǎn)品、車載系統(tǒng)產(chǎn)品、智能家電器等。本論文研究的是電腦操作平臺上的軟件產(chǎn)品。所以說GUI界面設計就是設計師發(fā)揮出自己的才能設計出人機相互交互的圖形視覺化和互動操作的屏幕。

（2）什么是虛擬現(xiàn)實交流服務平臺？虛擬現(xiàn)實――顧名思義是指虛擬化的一個現(xiàn)實場景，但是在這個虛擬的世界中它呈現(xiàn)的功能卻是現(xiàn)實存在的。如何把握虛擬與現(xiàn)實的結合是我們研究的重點。虛擬現(xiàn)實交流平臺指的是在虛擬世界中與現(xiàn)實世界的相互交融。運用虛擬化的場景給人以現(xiàn)實的體驗，甚至實現(xiàn)其現(xiàn)實功能（在虛擬中體現(xiàn)現(xiàn)實實際）。如何實現(xiàn)這個功能，這就需要一個平臺，也就是需要一個人機交互界面，即虛擬與實際的結合：虛擬世界的視覺享受，精神愉悅，情感流露及與現(xiàn)實世界的功能性、簡易性、方便性、可操作性，完善豐富的有機結合。

2創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實交流服務平臺的基本原則

（1）功能性原則。虛擬現(xiàn)實交流服務平臺GUI整體界面設計在人機交互平臺的功能性原則下保證交互界面的合理性和明確性。GUI設計需要設計師的理性思維和感性思維的結合，在設計中增強理性因素，如界面的布局合理、邏輯思維清晰、導航流程簡易?！叭绾胃菀琢私?，如何令人更加舒適？如何更為簡單的傳達？如何才能讓人感動？――這些才是衡量設計師的信息處理能力的尺度”。所以設計師要充分考慮各個元素在界面中給人以美的享受，給人一張親切的面孔，而不是冷漠的機器，所以在此功能性原則上需要技術與藝術相統(tǒng)一。

（2）藝術性原則。在當今社會豐富多樣化的年代，GUI界面也不是一成不變的固定模式，為了實現(xiàn)不同人群的需要，在功能合理性的基礎上更需要界面的審美性和藝術性。作為一名GUI設計師，要充分考慮設計審美的意識，使各個元素在界面中有機結合。提升人們對美的認識，愉悅人的心情，給人以美的視覺享受，從而更加促進人們對美的追求，提高社會審美意識，最終獲得更大的經(jīng)濟利益，推動社會的發(fā)展。

（3）動態(tài)化原則。虛擬現(xiàn)實交流服務平臺GUI設計動態(tài)化原則，GUI界面設計不僅不是二維平面靜止的狀態(tài)，而且需要有三維空間、四維時空或者五維時空速度，而現(xiàn)實生活中不存在四維或五維空間。但是在人機交互中我們可以利用GUI界面設計虛擬這么一個不存在的世界。它可以穿透時空、速度進入另一個世界，在這個世界即具有二維的平面畫面、三維立體，而且還具有時間與空間的變換，情感與思維認識的演變等多維因素。因為“富有動感的物體往往十分引人注目。運動是釋放能量、活力四射的象征。我們經(jīng)常對比考慮動與靜，動意味著行動，而靜意味著思考。實際上即使是靜，如果加以動感描繪也可以在一瞬間吸引人們的目光。但是靜的作品，與其說其目的在于瞬時的溝通，倒不如說是在穿越時間的對話。……靜的作品必須有動的要素，而動的作品中也必須有靜的要素?！睆亩鴮崿F(xiàn)技術與藝術在時空中的完美融合，這是GUI設計的終極目標。而實現(xiàn)這一終極目標進入這個世界只要我們輕輕點擊交互平臺。

（4）交互性（圖標運用、場景交換）原則。虛擬現(xiàn)實交流服務平臺GUI設計的交互性原則，主要指交互界面中圖標與場景的合理運用。“人們使用網(wǎng)絡的體驗往往是通過與某類服務組織的交互形成的”。界面設計中實現(xiàn)其功能主要依靠圖標的引導，使界面與界面之間相互跳轉，而圖標就是這類服務組織界面內(nèi)容的高度概括，而且實現(xiàn)動態(tài)化的三維、四維甚至是五維空間就必須是圖標與場景的相互交互，圖標吸引人們?nèi)c擊進入界面。在點擊進入的過程中，場景畫面的運動轉換呈現(xiàn)出不同的內(nèi)容，就是給人以運動中的虛擬化的時間觀念。這種依交互性而產(chǎn)生的虛擬化時空，使GUI設計具有極為豐富的趣味性。同時，界面的趣味性也表現(xiàn)在它不同部分的風格多樣化。

（5）風格多樣性原則。一套UI產(chǎn)品，它必須有統(tǒng)一的風格，這主要是品牌形象的確立（如騰訊整套界面的設計）。但GUI界面設計不是一成不變的，它不是簡單的固定的模板式設計，它具有多樣性，因為“一件設計產(chǎn)品是不是令人愉陜，是不是富有美感，不但與產(chǎn)品功能形式有關，而且與使用者和觀賞者有關，使用者和觀賞者的趣味和心理起著極為重要的作用。從物品的設計本身的功能形式來說，也許是完美的，但未必受人喜歡?！彼栽贕UI界面設計中要考慮它的適用人群。

（6）協(xié)調(diào)性原則。GUI整體界面設計中要從整體系統(tǒng)的多維角度去思考設計的問題，需要功能、情感、美感與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。這四部分不是孤立存在的，它們不僅具有合理的操作流程，而且應具有清晰的視覺流程和視覺美感。1）GUI界面的功能和可操作性，沒有功能的UI產(chǎn)品是空洞的，不具有任何實際意義。2）任何一個產(chǎn)品或平面視覺傳達作品都不能脫離它的整體環(huán)境，在一個完整的UI產(chǎn)品中，它的圖標、界面、風格都是統(tǒng)一的，脫離這一整體環(huán)境任何元素它都是孤立的。3）GUI設計界面最直接的是首先給人以視覺體驗，這種視覺體驗存在著確定性與不確定性，它刺激人的情感，只有設計的作品抓住使用者的那種情感，才能有可能勾起使用者進一步體驗UI產(chǎn)品的功能。所以我們需要把各個部分的元素在功能的前提下整合為一體，再運用藝術的手法再把這一體熔于一爐，充分體現(xiàn)人性的追求。

第6篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

關鍵詞:虛擬現(xiàn)實;教學實踐;三個基本;點面結合

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱VR)主要采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境(Virtual Environment,簡稱VE),用戶借助必要的設備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環(huán)境中的實體對象進行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。虛擬現(xiàn)實具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構想(Imagination)特性。交互特性強調(diào)參與者通過專用設備以人類自然方式與VE中的對象進行相互操作;沉浸特性要求計算機所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境能使參與者產(chǎn)生置身其中的體驗;構想特性是指虛擬環(huán)境能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并輔助產(chǎn)生創(chuàng)新思維。

二十世紀六十年代初,“圖靈獎”獲得者,被稱為計算機圖形學之父的美國科學家Ivan Sutherland發(fā)表“終極顯示”論文提出虛擬現(xiàn)實概念,自此,虛擬現(xiàn)實技術歷經(jīng)一系列里程碑式的理論、方法與技術研究工作,并取得了重大工程應用成果。今天虛擬現(xiàn)實技術的應用領域已經(jīng)非常廣泛,主要包括三大應用方向,即訓練演練、規(guī)劃設計與預測、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進行作戰(zhàn)指揮模擬,宇宙飛船、飛機、艦船模擬駕駛訓練,飛機、導彈、輪船等復雜系統(tǒng)的虛擬設計與制造,城市環(huán)境規(guī)劃及其建筑物的展示,手術培訓與導航,游戲動漫與影視制作等。由于虛擬現(xiàn)實技術涉及的學科綜合性、交叉性強,是可以拉動多學科發(fā)展,不斷產(chǎn)生新思想、新技術,具有廣泛和重大應用前景的科學技術領域,國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)把虛擬現(xiàn)實技術確定為信息領域優(yōu)先支持的三大前沿技術之一。

2課程的特點

北京航空航天大學計算機學院從1994年開始從事虛擬現(xiàn)實技術領域的研究,取得許多創(chuàng)新成果,在相關學科領域產(chǎn)生了較大影響,逐步形成了北航計算機學院一個新的優(yōu)勢學科方向。作為計算機應用本科生的專業(yè)限選課程,“虛擬現(xiàn)實技術”課程教學已經(jīng)講授了5年。本課程的教學目的是通過對有關虛擬現(xiàn)實技術國內(nèi)外研究熱點問題、典型研究工作的介紹,使學生了解當前虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展趨勢;通過對虛擬現(xiàn)實基本原理、基本算法、開發(fā)方法、主流系統(tǒng)的介紹,使學生掌握虛擬現(xiàn)實主要技術、開發(fā)環(huán)境與平臺;以虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研究工作為主要實踐教學支撐,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,滿足國民經(jīng)濟和國防部門對虛擬現(xiàn)實領域專門人才的需求。虛擬現(xiàn)實課程具有以下特點:

2.1學科交叉性、綜合性強

國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要指出:“虛擬現(xiàn)實技術重點研究心理學、控制學、計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫設計、實時分布系統(tǒng)、電子學和多媒體技術等多學科融合的技術,研究醫(yī)學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業(yè)制造等多個相關領域的虛擬現(xiàn)實技術和系統(tǒng)?！碧摂M現(xiàn)實技術主要從計算機科學與技術、控制科學與技術、機械工程科學與先進制造技術等學科中孕育并實現(xiàn)跨越,逐步發(fā)展成熟,涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網(wǎng)絡技術、并行處理技術和多傳感器技術等,學科交叉性、綜合性強,如圖1所示。

2.2數(shù)理基礎要求高

虛擬現(xiàn)實課程的許多理論、方法和技術涉及大量的數(shù)學公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現(xiàn)實技術中所涉及的計算機圖形學,基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術中所涉及的圖像處理和信號處理技術,在建模技術中涉及的動力學、運動學等,都需要學生具備深厚的數(shù)理基礎。

2.3創(chuàng)新思維豐富

虛擬現(xiàn)實被眾多學者認為是科學研究與工程實踐中理論和實驗方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達的宏觀或微觀環(huán)境,進行研究和體驗;在虛擬環(huán)境下進行逼真的規(guī)劃、設計、訓練演練,作出評價和決策,其與生俱來的構想特性能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并產(chǎn)生創(chuàng)新思維。虛擬現(xiàn)實技術由于多學科交叉性,在不同學科交叉融合中源源不斷地產(chǎn)生新思想、新方法。

2.4工程應用突出

虛擬現(xiàn)實技術既有堅實的理論基礎和方法,也有大量的典型算法,同時又是一門應用牽引強,各種開發(fā)平臺和應用工具豐富,人機交互設備多,軟硬件結合與系統(tǒng)集成占相當比重的課程。

2.5課程內(nèi)容多課時緊

本課程是本科生計算機應用方向的限選課程,在本科四年級上學期開設,其間正值學生考研復習準備階段,課時總計36學時,課內(nèi)教學18學時、課外實踐18學時,授課時間十分緊張。

3教學內(nèi)容安排

我們經(jīng)過多年的教學實踐,在不斷與學生教與學交互的活動中,結合自身學科研究特色,總結、完善主要教學內(nèi)容,形成了如下的教學大綱:

第一章:概論(2h)

問題的提出、名詞術語、虛擬現(xiàn)實特征、里程碑工作和研究現(xiàn)狀、國內(nèi)外典型應用實例。

第二章:虛擬現(xiàn)實硬件與系統(tǒng)(2h)

虛擬現(xiàn)實輸入設備、虛擬現(xiàn)實輸出設備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡稱GPU)、典型沉浸式交互系統(tǒng)的構建實例。

第三章:基于圖形的虛擬現(xiàn)實建模與開發(fā)技術(6h)

視覺感知相關基本概念、場景表示與數(shù)據(jù)庫結構設計、CREATOR建模軟件與合成自然環(huán)實例、場景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發(fā)軟件、虛擬場景漫游應用程序開發(fā)實例。

第四章:基于圖像的虛擬現(xiàn)實建模與繪制技術(2h)

IBMR技術與全光函數(shù)、全景圖像與柱面全景圖像實例、同心拼圖方法。

第五章:人工生命-人工魚實例(2h)

人工魚的總體方案、人工魚的生物力學分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環(huán)境建模、運動系統(tǒng)、逼真性與效率權衡。

第六章:虛擬人技術(2h)

人體抽象模型與國際標準、逼真運動獲取與表示、運動約束與重用、虛擬人技術應用實例。

第七章:分布式虛擬現(xiàn)實技術(2h)

DIS技術與IEEE1278、HLA技術與IEEE1516、分布交互仿真程序開發(fā)與應用實例。

教學實踐與課外教學安排:(18h)

課外研讀學習OpenGL、構建虛擬現(xiàn)實漫游程序;參觀虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室,觀看演示、操作實驗室研究設備,了解當前主要研究方向和趨勢。

4教學實踐與思考

針對虛擬現(xiàn)實課程的上述特點,我們在課程的教學活動中形成了“突出三個基本,注重融會貫通;點面結合,各有側重;結合實例,促進創(chuàng)新思維”的教學思路。

4.1突出三個基本,注重融會貫通

在教學中突出三個基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現(xiàn)實課程的諸多內(nèi)容來自不同的研究和應用領域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對于這部分內(nèi)容在教學活動中應有意識進行聯(lián)系,分析講解,努力讓學生融會貫通。以細節(jié)層次概念(LOD)為例,細節(jié)層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復雜程度(常常以多邊形數(shù)來衡量)各不相同的實體細節(jié)層次模型來描述對象,在運行時根據(jù)一些主客觀標準在這些LOD模型間進行切換,實時改變場景的復雜度,從而能夠繪制效率與效果的平衡,該方法需要解決模型間切換時產(chǎn)生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復雜光照模型實時繪制等研究工作中也引入和應用了同樣的原理,因此在講解細節(jié)層次概念時進行舉一反三,加深學生對這一滿足逼真性和繪制實時性普適基本方法的理解,進一步可以引伸出連續(xù)細節(jié)層次方法以及與視點相關的遞進傳輸技術如何滿足基于網(wǎng)絡的虛擬現(xiàn)實應用問題。這樣教學思路始終貫徹在七維全光函數(shù)降維、八叉樹的數(shù)據(jù)組織方法等諸多教學內(nèi)容中,以達到融會貫通的目的。

4.2點面結合,各有側重

虛擬現(xiàn)實課程涉及學科眾多,內(nèi)容十分豐富,有限的課時內(nèi)做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學大綱基本覆蓋虛擬現(xiàn)實的主要研究分支,重點是基于圖形和基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術,由于增強現(xiàn)實在其他課程有重點講授,不過多涉及。其次注重對當前國內(nèi)外的研究重點、熱點問題,以及當前的主流設備、開發(fā)工具與平臺介紹。通過發(fā)揮授課教師的計算機科學與技術專業(yè)背景,結合實驗室多年的研究工作進行知識點的深入講解。例如在分布式虛擬現(xiàn)實技術教學中,實驗室在該方向上開展了長達十年的研究工作,研究成果既體現(xiàn)了該內(nèi)容的基本方法、國際標準,又體現(xiàn)了當前的最新研究成果。該內(nèi)容的教學從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術的對比,重點講解分布式虛擬現(xiàn)實技術如何應用數(shù)據(jù)抽象與封裝、與訂購、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術解決大規(guī)模交互仿真問題,進一步引伸介紹目前該方向的研究進展,讓同學了解當前研究熱點問題。

4.3結合實例,促進創(chuàng)新思維

虛擬現(xiàn)實是一門多學科交叉的科學技術,不同學科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創(chuàng)新尤為明顯。因此在講授具體內(nèi)容的同時,應介紹該研究工作和成果產(chǎn)生的背景,體現(xiàn)交叉創(chuàng)新、集成創(chuàng)新思路,啟迪同學的創(chuàng)造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標。在課程綜述中重點介紹信息資源環(huán)境的智能化、普適化、協(xié)同化、沉浸化發(fā)展的各個不同歷史時期代表性工作,以及仿真技術、先進制造技術等學科對虛擬現(xiàn)實的重要貢獻,突出虛擬現(xiàn)實技術交叉融合的特性。將具體的課程知識點講授融入到典型實例中,人工生命課程教學中以ACM優(yōu)秀博士論文工作為基礎,講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環(huán)境建模等,目的在于突出建模內(nèi)涵的寬泛性和在虛擬現(xiàn)實技術中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學分析、總體方案設計,行為與運動系統(tǒng)實現(xiàn),歸納總結出多學科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創(chuàng)新所在。在講授虛擬人技術時,首先提出逼真人體運動復雜性和實時性這一矛盾,引入機器人技術領域的逆向運動學以及信號與系統(tǒng)中的信號處理方法,重點介紹借鑒其他學科方法解決虛擬人運動重用和大規(guī)模人群等關鍵問題,強調(diào)借鑒啟迪是創(chuàng)新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環(huán)境中同樣貫徹了結合實例,促進創(chuàng)新思維這一教學思路。

5結論與展望

“虛擬現(xiàn)實技術”涉及面寬、內(nèi)容十分豐富,同時發(fā)展迅速,應用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個需要不斷探討、研究總結的教學課題。筆者在多年的教學活動中,通過教與學的交流,不斷總結形成了一些教學思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實,主要包括兩個方面內(nèi)容:(1)如何做好虛擬現(xiàn)實技術課程與計算機圖形學、多媒體技術、圖像處理技術的銜接;(2)如何利用好虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室的研究環(huán)境、軟硬件資源以進一步加強虛擬現(xiàn)實課程的實踐環(huán)節(jié)。我們將在今后繼續(xù)研究探索,以解決這些重要問題。

參考文獻:

[1] 趙沁平. DVENET分布式虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)運行平臺與開發(fā)工具[M]. 北京:科學出版社,2004.

第7篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；虛擬實驗；VRML；計算機專業(yè)

隨著我國教育的不斷改革和科學技術的飛速發(fā)展， 網(wǎng)絡教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學方式。尤其是計算機更新速度非?？斓奶攸c使得傳統(tǒng)的教學方式難以滿足學習的需要。虛擬現(xiàn)實技術作為一門新的技術，它在教育領域的發(fā)展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現(xiàn)實技術特征和VRML語言的角度探討其在計算機專業(yè)教育中的應用。

1 虛擬現(xiàn)實技術

多媒體技術與網(wǎng)絡技術的發(fā)展為現(xiàn)代教育手段的現(xiàn)代化帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著計算機技術的快速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術的應用已不再是停留在音像技術課堂中應用的常規(guī)模式層次上．而是朝著多媒體化、網(wǎng)絡化、信息化、教育技術應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發(fā)展，特別是基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，是一種最新出現(xiàn)的教學模式，具有廣闊的發(fā)展前景，代表了教育的未來和發(fā)展的方向。

1．1 虛擬現(xiàn)實技術概念

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)，又稱為靈境技術，畢業(yè)論文 它匯集了數(shù)字圖象處理、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技術、傳感器技術，以及人體行為學等多項天技術．是計算機技術的綜合應用。具體地說，就是采川以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生如同真實環(huán)境的感受和體驗。盡管該環(huán)境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環(huán)境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環(huán)境中的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實物體的存存意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創(chuàng)建的維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài)。

1．2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成

由圖1可以看出。一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由以下幾部分組成：

(1)虛擬環(huán)境。它由虛擬環(huán)境發(fā)生器所產(chǎn)生，且可讓使用者通過傳感器件和作用器件與之交互，這種交互的結果是使用者有全身心進入這一環(huán)境的感覺。

(2)傳感器件。它將虛擬環(huán)境中的物體的形、動作、聲音等進行轉換，使人能獲得視覺、聽覺、觸覺等多方面的感覺。這些感覺與他以往在實際環(huán)境中的感覺一致。

(3)作用器件。它將人的一些約定動作(如行走、手勢等)變成作用的信息，讓虛擬環(huán)境有所察覺。

(4)人。虛擬現(xiàn)實實質(zhì)上是一內(nèi)含反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，只有人的存在才能使這一反饋環(huán)路有效成立。碩士論文所以人是VR系統(tǒng)中不可缺少的成分。人通過傳感器件感受虛擬環(huán)境的存在．又通過作用器件去影響虛擬環(huán)境，使其作出相應的變化。

(5)虛擬環(huán)境發(fā)生器。它能產(chǎn)生使用者所需要的虛擬環(huán)境，且能通過作用器件傳來的作用信息。了解使用者的位置和動作。并對已產(chǎn)生的虛擬環(huán)境作出相應的修改。

1．3 虛擬現(xiàn)實技術基本特征

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。當使用者移動頭部時。虛擬環(huán)境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

(2)交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互．使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進行交互。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能．就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

1．4 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的類型

虛擬現(xiàn)實技術按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等傳感跟蹤裝置與虛擬世界進行交互。由于這種系統(tǒng)把人的視覺、聽覺和其它感覺封閉在虛擬的感覺空間，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之處在于專用設備復雜而且昂貴，難以在教育行業(yè)普及推廣。

(2)桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是運用軟件編程的方法在顯示器上顯示三維場景．用戶通過鍵盤、鼠標等簡單的設備與虛擬場景進行交互。這種系統(tǒng)由于用戶坐在顯示器前，通過屏幕觀察虛擬世界并與之交互，往往會受到周圍環(huán)境的影響，難以做到完全投入．但是結構簡單、成本較低，易于普及推廣。

(3)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

分布式虛擬系統(tǒng)是多個用戶通過網(wǎng)絡共享一個虛擬空間，共同參與虛擬活動。

(4)增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術來模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環(huán)境的感受，也就是增強現(xiàn)實中無法感知的感受。

1．5 虛擬現(xiàn)實造型語言VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language1即虛擬現(xiàn)實建

模語言，是一項和多媒體通訊、因特網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等領域相關的，在Intemet上營造虛擬環(huán)境的技術。它用來在網(wǎng)絡上創(chuàng)建可導航的、超鏈接的三維虛擬場景。

VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠程傳輸和本地計算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標點的數(shù)據(jù)來描述三維物體的，因為這樣會有很大的數(shù)據(jù)量．在Intemet上傳輸會遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標記文本語言來描述三維場景．就像我們的編程語言。比如，一個立方體的描述文本是：Box(size 3.0 3.0 3.0)。VRML就是一種描述語言標準，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時，需要通過Intemet將描述場景的文本傳送到本地。一般來說，文本描述是嵌在WEB頁面中，在瀏覽器請求相應頁面時與頁面描述文本一起傳送本地。本地計算生成是指描述虛擬場景的數(shù)據(jù)傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態(tài)地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。概括地說，就是用文本信息描述三維場景．在Intemet網(wǎng)上傳輸，在本地機上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場景．解釋生成的標準規(guī)范即是VRML規(guī)范。

VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點、腳本和路由。在這四個要素中．醫(yī)學論文只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器該文件符合的規(guī)范標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點類型。一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點是VRML中的基本建造模塊．它構成了VRML文件的主體部分，正是由于造型節(jié)點定義而產(chǎn)生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒有任何動作．然而你可以通過程序腳本來賦予你腳本節(jié)點的動作。程序腳本實際上是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由Java或JavaScript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個節(jié)點之間創(chuàng)建了一個路由．第一個節(jié)點可以順著路由傳遞消息給第二個節(jié)點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。

設計VRML虛擬場景時。最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本，它類似于程序設計，這種方法簡單方便．但不是很直觀．對設計者的空間想象能力要求也較高，設計的效率不高?，F(xiàn)在有很多的可視化的VRML設計工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標準節(jié)點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場景就可以了．而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統(tǒng)自動將這些可視的虛擬場景生成標準的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個虛擬場景。

VRML使得Intemet的平面世界出現(xiàn)了三維場景。它的問世在世界上引起了極大的反響．得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Intemet上最有發(fā)展前景的新興技術。VRML在各方面都展現(xiàn)出了強大的應用可能性。蘊藏了無限生機。在教育領域的WEB站點中，它可廣泛用于學習情景創(chuàng)設上，以增加學習內(nèi)容的形象性和趣味性。例如：創(chuàng)建網(wǎng)上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標輕輕地點擊對應的虛擬圖書。另外，使用VRML做模擬訓練是一種可行性極高的措施，它不僅可以減少某些情況下現(xiàn)實空間中操作的難度和危險．

更為重要的是它可以使訓練造價得到大幅度降低，這樣就使得在教育方面的應用成為可能。由于這種模擬系統(tǒng)具有高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統(tǒng)介入而造成較差的訓練效果?，F(xiàn)在虛擬校園、虛擬考場也已經(jīng)陸續(xù)地出現(xiàn)在網(wǎng)絡中，這些新興的教育形式必將因其優(yōu)越的一面而在未來教育領域中占有一席之地。

2 虛擬現(xiàn)實技術在計算機專業(yè)教育中的應用

2．1 虛擬現(xiàn)實技術在輔助課堂教學中的應用

眾所周知，計算機課程實踐性很強，在書本上體現(xiàn)難免會給人們的理解帶來困難。利用虛擬現(xiàn)實技術制作的課件能夠很好地解決這一問題。例如，在計算機基礎課程中介紹計算機中各個組件的結構和講解計算機組裝的過程時，書本的文字難以讓學習者了解組件結構和組裝的過程。利用虛擬現(xiàn)實技術可以將文字、聲音、圖片、動畫等幾種媒體表現(xiàn)形式有機地結合，設計出生動活潑的界面。制作出一些三維的、交式的、具有沉浸感的內(nèi)容，滿足學習者從各個角度觀察和學習，仿佛身臨其境，更好地理解學習的內(nèi)容。

制作VRML課件的基本思路是：

(1)制作一系列空間形體的三維造型和動畫．并且為這些造型指定所需要的顏色、大小等。

(2)引入VRML的相關節(jié)點，建立虛擬運動空間。實現(xiàn)課件多媒體功能。

(3)優(yōu)化VRML場景，即在構建場景的過程中，利用VRML提供的高級造型技術適當優(yōu)化程序。

(4)VRML文件的輸出，將已創(chuàng)建的空間場景輸出為．wrl形式的文件。

例如，設計VRML課件來實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬計算機組件結構和組裝的輔助教學。

首先，在介紹計算機組件選擇知識同時?？梢栽诰W(wǎng)上從各個角度來觀察VRML制作的計算機組件的造型．增強感性認識，并使學習者對怎樣組裝計算機有個初步的了解。利用VRML的造型設計和VRML Script的動畫鏈接．虛擬出組裝計算機過程中所需的主要硬件，再通過把VRML文件嵌入到網(wǎng)頁的方法，使學習者既能在網(wǎng)頁中看到二維不同型號硬件的圖片和一些描述硬件的文字．又能看到三維的虛擬制作出來的硬件模型。這樣使學習者能真切地、直觀地感受到二維和三維的不同．感受到虛擬世界的美妙。然后，通過文字和圖片向學習者介紹如何將各計算機組件組裝到一起。接著，通過VRML的動畫節(jié)點控制和VRML Script的結合。制作出安裝、注釋和視點切換的效果，然后按照六個安裝步驟：第一，機箱、主板的安裝；第二，風扇、內(nèi)存的安裝；第三，光驅、軟驅、硬盤的安裝；第四，聲卡、顯卡的安裝；第五，電源的安裝；

第六。顯示器、鍵盤、鼠標的安裝，組合完成整個在虛擬三維世界中組裝計算機的過程。

在學習的過程中，只要點擊相應的按鈕，就可以按相應的步驟進行安裝。拖動鼠標或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝。在安裝完光驅和軟驅后，點擊光驅的開、關鍵，光盤托會自動拖出和送入，點擊軟驅的按鈕，

軟盤會自動取出．使學習者能動態(tài)地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺來完成學習的過程。

通過VRML Script語言的鏈接。制作出生動有趣的動畫效果和逼真的聲音效果。例如．當你點擊軟驅上的按鈕，會發(fā)出聲音并彈出一張軟盤；當你點擊光驅按鈕時，盤盒會自動地彈縮并發(fā)出逼真的聲音。為了方便學習。還可以實現(xiàn)注釋信息，當學習者的鼠標碰到硬件設備時。在對象的旁邊會出現(xiàn)一個注釋信息，說明該對象名稱。

又如，在《數(shù)據(jù)結構》課程中，對于常用的數(shù)據(jù)結構的算法思想．由于其抽象程度高。使得學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學。將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現(xiàn)出來。例如，遞歸算法是學生比較難理解的，因為其算法是靠隱形調(diào)用堆棧來實現(xiàn)，而通過虛擬技術可以將堆棧內(nèi)部情況的變化動態(tài)、直觀、形象地表現(xiàn)出來，這樣學生就很容易理解。同樣在講解樹和圖的遍歷時，可以從可視化的角度觀察遍歷的順序。二叉樹與樹的概念的區(qū)別、Hanoi塔等問題都可以直觀地表現(xiàn)。方便教師的教學和學生的理解。

總之，通過制作課件來輔助課堂的教學，能為學習者提供生動、逼真的感性學習材料，使抽象的學習直觀化、形象化，幫助學習者解決學習中的重點和難點，提高學習者的積極性。

2．2 虛擬現(xiàn)實技術在計算機實驗中的應用

由虛擬現(xiàn)實技術生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括相應的實驗室環(huán)境、有關的實驗儀器設備、實驗對象。以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現(xiàn)實實驗室的真實再現(xiàn)。也可以是虛擬構想的實驗室。例如，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡建設過程中，不必真正把網(wǎng)絡構建起來就可以親身體驗，猶如進行現(xiàn)場的操作。在數(shù)字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設計的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務課程實驗中，可以虛擬商務環(huán)境，讓學生進入這個虛擬環(huán)境。身臨其境地體驗現(xiàn)場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統(tǒng)的安裝是比較基礎但又是難做好的一個實驗。由于在計算機上安裝新的操作系統(tǒng)不可避免地會對原有的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

使用虛擬計算機來進行操作系統(tǒng)的安裝試驗就十分的方便了。工作總結使用虛擬機的軟件VMware可以創(chuàng)建與真實計算機一模一樣的虛擬機。創(chuàng)建的虛擬機有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統(tǒng)以及各種應用程序。通過在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進行操作，熟悉操作和新技術，達到事半功倍的效果。VMware只是一個軟件。可以幫助你在一個操作系統(tǒng)的環(huán)境下安裝另一個操作系統(tǒng)，而不會對當前的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

虛擬現(xiàn)實技術還可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬．通過虛擬系統(tǒng)便可以直接地觀察到這一假設所產(chǎn)生的結果或效果。利用虛擬技術。學生還可以進行網(wǎng)絡設備設計、電路設計等方面的學習探索，設計出新型的網(wǎng)絡設備和電子器件．從而激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。

通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充．易于改變教學項目，減少設備投入經(jīng)費，使教學內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新．使實驗實踐及時跟上技術的發(fā)展。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。虛擬實驗是虛擬的實驗，缺少“實物感”，正如在網(wǎng)上看書與拿真實的書看時，會覺得真實的書更實在。在網(wǎng)絡實驗中，用到的網(wǎng)絡設備像路由器、交換機等種類、型號都很多，在虛擬實驗中．學生很難見到這些設備，如果在真正的實踐中可能會無從下手。因此，在具體實施中，應該虛實進行結合。有目的地安排一些實驗在真實環(huán)境中操作，這樣，他們會對實驗的設備有親身的體會，更能加深實驗的印象，提高實驗的效果。

3 結束語

虛擬現(xiàn)實技術在計算機教育領域發(fā)展的潛力是巨大的，只有親身去經(jīng)歷、親身去體驗去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動地觀看有質(zhì)的不同。虛擬現(xiàn)實技術能形象、生動、逼真地表現(xiàn)教學內(nèi)容，有效地營造一個發(fā)展的教學環(huán)境。提高學生掌握知識和技能的效率和積極性，達到優(yōu)化教學過程、提高教學質(zhì)量的目的，從而解決傳統(tǒng)教學方式無法解決的問題。隨著計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，基于WEB的虛擬現(xiàn)實遠程教育具有廣泛的應用前景，必將成為21世紀教育的主流。

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第8篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

論文摘要:本文闡述了虛擬現(xiàn)實技術的基本特征，以及在各個領域的應用進展情況，并對虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展和應用前景做了展望。

0．引 言

虛擬現(xiàn)實技術是2O世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術，作為一項尖端科技．虛擬現(xiàn)實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網(wǎng)絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)。它的實時三維空間表現(xiàn)能力、自然的人機交互式操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境感受，將從根本上改變?nèi)伺c計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，為人機交互技術開創(chuàng)一個全新的研究領域。從虛擬現(xiàn)實技術誕生以來，已經(jīng)在航空航天、船舶建造與設計、軍事模擬、機械工程、先進制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學生物等領域中顯示出巨大的經(jīng)濟、軍事和社會效益，虛擬現(xiàn)實技術與網(wǎng)絡、多媒體技術并稱為2l世紀最具應用前景的三大技術。

1．虛擬現(xiàn)實技術特征

虛擬現(xiàn)實技術是一種先進的、數(shù)字化的人機接口技術，其特點在于計算機產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，生成一個以視覺感受為主，包括聽覺、觸覺的綜合感知的人工環(huán)境，系統(tǒng)可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化 ．操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，并能與之發(fā)生“交互”作用，進行交流。通過參與者與仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現(xiàn)實技術具有以下三個基本特征：

1．1沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術是根據(jù)人類視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員，有一種身臨其境的感覺。

1．2交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互可通過鍵盤、鼠標、頭盔、數(shù)據(jù)手套等設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或 動作等自然技能，對虛擬環(huán)境中的對象進行觸摸或操作。

1．3多感知性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得多種感知，親身體驗交互操作的反應與感受。

2．虛擬現(xiàn)實技術的應用前景

虛擬現(xiàn)實技術在船舶建造與設計、企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)與設計、人力資源 網(wǎng)絡培訓、房產(chǎn) 開發(fā)與展示、城市規(guī)劃、室內(nèi)設計、工業(yè)仿真、文物古跡仿真、軍事模擬等方面有廣闊的應用前景。分析如下：

2．1企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)與設計．特別是一些勞動密集型產(chǎn)品的設計，采用虛擬現(xiàn)實技術進行設計與開發(fā)，在減少重復設計、開模損失、廢品率等方面有著非常明顯的效果。虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)的產(chǎn)品能夠在產(chǎn)品投入制造前先看到產(chǎn)品，在運行前先感受過程或親歷過程，在設計與開發(fā)過程無須代價可不斷修改產(chǎn)品直到滿意，這是一種完全的低投入、嶄新的產(chǎn)品設計制造理念；可利用虛擬三維網(wǎng)絡技術，對同一設計產(chǎn)品，在不同設計部門進行分布式設計，快速、方便地融合各方技術優(yōu)勢．減少產(chǎn)品的設計時間與設計周期：采用虛擬現(xiàn)實技術可以為許多科研項目、提供虛擬實驗，減少真實實驗的次數(shù)和付出，增加真實 實驗的可靠性?？傊?，虛擬現(xiàn)實技術的開發(fā)與應用研究能為產(chǎn)品設計、加工、制造提供相當優(yōu)秀的開發(fā)平臺、實驗與測試環(huán)境。減少產(chǎn)品的測試成本，縮短投放市場的時間，這對于促進高科技產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)的快速發(fā)展有著極大的作用。

2．2通過虛擬現(xiàn)實技術構建的三維虛擬裝置及沒施．操縱者可以身臨其境地融入到整個裝置的運動環(huán)境與運動過程．可以對三維虛擬設備進行仿真操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實驗與測試過程 、施工過程、供應過程、物流生產(chǎn)過程等活動的過程中各種技術參數(shù)的動態(tài)值．從而確認現(xiàn)實的系統(tǒng)是否有能力完成預定的任務和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷和問題，予以改進。在低成本的條件下，發(fā)現(xiàn)實際產(chǎn)品或設施的缺陷與不足，為產(chǎn)品投入生產(chǎn)提供時間和質(zhì)量上的保證。

2.3隨著物流的遠程化和國際化，物流的流程跨越若干國家、若干種運輸工具，客戶根本不可能對這個系統(tǒng)進行實地考查，客戶在進行業(yè)務外包時．又不能只聽一些情況介紹或者錄像演示的過程做 出最后的判斷，在這種情況下，采用虛擬現(xiàn)實技術模擬現(xiàn)實環(huán)境，客戶可以直接進入計算機系統(tǒng)虛擬的世界，對關鍵環(huán)節(jié)進行操縱、演示、觀察和分析有關過程的動態(tài)數(shù)據(jù)，以判定此項業(yè)務是否可以外包給這個系統(tǒng)；另一方面，第三方物流公司，也需要借助于模擬現(xiàn)實系統(tǒng)，來分析物流時間、物流成本等，以對是否可以接受客戶的要求做出決策。因此，虛擬現(xiàn)實技術在物流行業(yè)的應用將拓展該行業(yè)的國際合作空間，節(jié)約成本，做大做強物流業(yè)，促進海西經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2．4在數(shù)字化城市建設與研究方面，利用虛擬現(xiàn)實技術，結合傳感器技術、多媒體技術，綜合應用全數(shù)字攝影測量技術、GIS技術、仿真技術等，在提供相關城市數(shù)據(jù)的基礎上可構建虛擬數(shù)字化城市。在此基礎上建立虛擬城 市的仿真環(huán)境，實現(xiàn)城市 的真實環(huán)境的再現(xiàn) 以及對規(guī)劃環(huán)境的預見，從而建立可交互操作、集成化和人機和諧的虛擬城市系統(tǒng)。

2．5制造業(yè)方面，從制造技術及制造業(yè)的發(fā)展過程來看，我國在21世紀將長期把信息技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術融人 AMT的理念中，大規(guī)模地采用集成制造、并行工程、計算機仿真、虛擬制造、動態(tài)聯(lián)盟和電子商務等舉措，用虛擬現(xiàn)實的方法，將產(chǎn)品的設計階段和制造階段融為一體，在設計中就能發(fā)現(xiàn)制造中的問題。此外，這一階段的另一個特點就是可聚集全世界的制造資源來進行全世界范圍的合作生產(chǎn)．縮短上市時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2．6人力資源培訓方面，隨著勞務市場規(guī)模不斷擴大．大量的人員需要進行培訓方能上崗工作，由于培訓地點、培訓設備的限制，加之培訓人員的爆滿，培訓質(zhì)量受到很大的影響。推動和加強人力資源的培訓，可提升各工種人員的個人素質(zhì)．保證企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，促進地方經(jīng)濟的又好又快的發(fā)展。采用三維虛擬仿真平臺，可實現(xiàn)各種人員取得上崗資格必須的培訓，同時，也可對企事業(yè)單位在職人員進行本專業(yè)模擬真實環(huán)境的知識更新培訓，也方便對新聘人員進行崗前培訓，這些培訓的最大特色是模擬真實培訓環(huán)境，實現(xiàn)無需場地、無限次數(shù)、無限時問的培訓，在提高人員素質(zhì)的同時，最大化地節(jié)約成本。具有非常高的性價比。虛擬 現(xiàn)實技術作為多媒體技術發(fā)展的高級階段，在組織學習中的應用將促使目前組織管理過程中的領導者、員工、媒體之間的關系與地位發(fā)生重大變化。在對組織成員進行知識傳播、技能訓練等方面會得到顯著的教學效果。特別是隨著計算機網(wǎng)絡化的進程．虛擬網(wǎng)絡的建設，這一新的學習媒體將在個別化教學、企業(yè)教學、學校教學、遠距離教學及終身教育中展示巨大的應用前景。

虛擬現(xiàn)實技術與多媒體技術、網(wǎng)絡技術并稱為三大前景最好的計算機技術，其應用場合非常廣泛．特別在工程和人員培訓領域中的應用所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益、所節(jié)約資源是非常大的。

3．虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展及應用展望

近年來，虛擬現(xiàn)實技術有了很大的發(fā)展，如增強現(xiàn)實(AugmentedReality1，將真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象結合起來，既便于生成復雜環(huán)境，又便于對實際物體的操作；大型網(wǎng)絡分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境，將分布于多個地點的 VR系統(tǒng)或仿真器通過 局域 網(wǎng)或廣域網(wǎng)聯(lián)結起來．采用協(xié)調(diào)一致的結構、標準、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進行交互作用；多通道人機交互技術，即采用人體多種自然交互手段向系統(tǒng)輸入．如手勢、語音、頭部或身體動作等。

虛擬現(xiàn)實技術潛力巨大，應用前景十分廣闊，人類在許多領域面臨著越來 越多前所未有 或前所難為而 又必 須解決 和突破 的問題，例如，載人航天、核試驗、核反應堆維護，包括新武器系統(tǒng)在內(nèi)的大型產(chǎn)品的設計研究、氣象及自然災害預報、醫(yī)療手術的模擬與訓練以及多兵種軍事聯(lián)合訓練與演練等。將 vR技術應用于教育可以使學生能夠游覽海底、遨游太空、觀摩歷史城饅，甚至深入原予內(nèi)部觀察電子的運動軌跡和體驗愛 因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。虛擬現(xiàn)實設備的價格還過于昂貴，虛擬現(xiàn)實的應用主要處在科學研究和某些商業(yè)領域。隨著虛擬現(xiàn)實技 術的進一步發(fā)展，成本的降低，虛擬技術必定會走向實用化、平民化。

參考文獻

[1]徐艷，虛擬現(xiàn)實技術在教育教學中的應用研究[J]，中國科技信息 ，2008．7

[2]石教英，虛擬現(xiàn)實基礎及實用方法[M]，科學出版社，2000．

第9篇：虛擬現(xiàn)實技術論文范文

論文摘要：工程圖學課程是理論性和實踐性都較強的課程，在理論教學中由于缺乏真實感受，學生聽課時常會感到枯燥乏味、內(nèi)容很難理解，因此，在教學中進行虛擬仿真實驗教學，不但在一定程度上可以彌補實驗資源的匱乏，而且可以提高學生觀察問題、分析問題和解決問題 的能力。因此，在《工程圖學》教學中應用“虛擬仿真實驗教學”進行教學改革的探索。

0 引言

工程圖學課程教學理論與實踐相結合是非常重要的特別是學生的動手及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是理論性和實踐性都較強的課程，因此實驗教學環(huán)節(jié)對學好這門課程至關重要。通過加強實踐教學環(huán)節(jié)，才能使學生真正理解和掌握該學科的理論知識。

工程圖學課程的教學是很具體形象的，它注重機構的運動及動作 ，在理論教學中由于缺乏真實感受，學生聽課時常會感到枯燥乏味、內(nèi)容很難理解；機械類課程 中的實驗設備大多很昂貴，有些情況下，不能完全滿足相應的實驗要求，尤其是對每個學生而言，學生實驗通常是分組 ，對有些實驗，實驗設備很少時，分組的人數(shù)會很多，這樣學生在做實驗時會沒有很多機會熟練掌握 ；因此，如果能在教學中進行虛擬仿真實驗教學，不但在一定程度上可以彌補實驗資源的匱乏 ，而且可以提高學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，以求達到掌握一門專業(yè)技術技能。

1 虛擬仿真實驗應用于教學中的現(xiàn)實意義

目前國內(nèi)大多數(shù)高校的實驗還是采用傳統(tǒng)方式，即老師講解、演示，再由學生自己動手。而國外已經(jīng)從傳統(tǒng)實驗轉為實物實驗與虛擬實驗相結合，充分利用先進的計算機設備進行虛擬仿真實驗教學，取得了較好的效果。

傳統(tǒng)的教學模式以教師為中心，知識的傳遞主要靠教師對學生的灌輸，作為認知主體的學生在教學過程中自始至終處于被動狀態(tài)，其主動性和積極性難以發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維，也不利于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。虛擬仿真實驗突破了傳統(tǒng)教學手段上的局限。學生自己動手操作，親身參與整個實驗過程的操作，通過將實際生產(chǎn)的工藝過程以影像、動畫等生動的形式表示，從而增強學生的感性認識和學習興趣，提高教學效果，使其實踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。虛擬實驗技術創(chuàng)設了一個人性化的學習環(huán)境 ，使學生能夠在自然、互動的氣氛中進行學習?；谝陨纤伎?，嘗試在《工程圖學》教學中應用“虛擬仿真實驗教學”進行教學改革的探索。

2 虛擬仿真實驗設計目標

虛擬實驗的開發(fā)工具主要是網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實建模語言(VRML)和三維建模軟件。VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構三維世界的場景建模語言。VRML的基本目標是建立因特網(wǎng)上的交互式虛擬對象、場景、三維模型，基本特征包括分布式、三維、交互性 、多媒體集成、境界逼真性等，是 目前 Intenet上基于“www”的三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設計要達到以下目標 ：

a)要使參與者有“真實”的體驗。這種體驗就是“沉浸”或“投入”，即全心地進入，簡單地說就是產(chǎn)生在虛擬世界中的幻覺。理想的虛擬環(huán)境應達到用戶難以分辯真假的程度，甚至比真的還“真”。這種沉浸感的意義在于可以使用戶集中注意力。為了達到這個 目標，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺 、聽覺、觸覺 ，甚至味覺和嗅覺。

b)系統(tǒng)要能提供方便的、豐富的、主要是基于自然技能的人機交互手段。這些手段使得參與者能夠對虛擬環(huán)境進行實時的操縱，能從虛擬環(huán)境中得到反饋信息 ，也能便系統(tǒng)了解參與者的關鍵部位的位置、狀態(tài)、變形等各種系統(tǒng)需要知道的數(shù)據(jù)。實時性是非常重要的，如果在交互時存在較大的延遲，與人的心理經(jīng)驗不一致 ，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。

3 零、部件測繪實踐虛擬輔助教學

《工程圖學》課程為機械類專業(yè)一門主要技術基礎課，是一門理論性和實踐性都較強的課程，因此實驗教學環(huán)節(jié)對學好這門課程至關重要。通過加強實踐教學環(huán)節(jié)，才能使學生真正理解和掌握該學科的理論知識。本項目的實施內(nèi)容主要是采用 inventor 2008，3D max，AutoCAD及 vrml軟件系統(tǒng)設計虛擬實驗系統(tǒng)，使之能夠對齒輪油泵(圖1)、減速器(圖2)、虎鉗 (圖 3)的裝配進行動態(tài)模擬 ，通過影像、動畫等生動的形式對裝配過程進行動態(tài)模擬 ，可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，有利于學生獲得豐富的感性認識，激發(fā)學生進一步提出問題與尋求解決問題的興趣 ，有助于拓寬學生的知識面，有效地支持理論學習。

零部件測繪實踐虛擬輔助教學技術的做法是，以實物模型為基本要素、以實物模型測繪為主線，用計算機虛擬現(xiàn)實的方法，制作圖畫和動畫形式為主的直觀形象，去解析零部件的形狀結構和測繪過程。

將虛擬輔助教學融于測繪實踐教學的過程是：布置測繪任務；觀測分析實物模型；教師依據(jù)實物模型通過虛擬輔助教學課件集中指導；學生依據(jù)實物模型，參照虛擬輔助教學課件自主測繪；教師集中講評。

虛擬輔助教學主要構件是以虛擬圖象為主，配有少量文字說明的電子文檔。分別是：以動畫為主去表達零部件形狀結構的圖畫集，以對零部件形狀結構分析和視圖分析為主的圖畫集，以對零部件測繪方法和過程指導為主的圖畫集，以對尺寸、技術要求、圖樣、作業(yè)要求指導為主的圖畫集。

4 零、部件測繪實踐虛擬輔助教學技術的特點

a)基于實體的虛擬。計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖與構形思維和視覺及視覺心理密切相關。實踐表明：沒有實體模型做基準沒有構形思維和視覺及視覺心理的支持，計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖就會成為沒有意義的作品；另一方面，沒有構形思維和視覺及視覺心理知識去指導計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖的創(chuàng)作，也不能獲得效果良好的作品。

b)基于圖學素質(zhì)對測繪對象 (零、部件)的選擇。選擇好測繪對象是保障零、部件測繪實踐教學效果的首要條件。簡單化和過度復雜化都不可取，都可能給大學總體教學帶來損害。選擇測繪對象 (零、部件)的第一因素是考慮對學生圖學素質(zhì)培養(yǎng)的要求，其次是考慮后續(xù)課的需求。閥類、泵類、夾具類(虎鉗)、減速器類是常選測繪對象，其主要原因是便于教學。按圖學素質(zhì)培養(yǎng)的要求考慮，所選零、部件的測繪內(nèi)容應當盡量多的涵蓋圖學主要的核心內(nèi)容。例如，表達方法典型、全面，結構具有代表性。按后續(xù)課的需求考慮，所選零、部件的測繪內(nèi)容要含有后續(xù)課的主要要素。

5 結語

開發(fā)零、部件虛擬測繪裝配實驗是為了拓寬實驗教學平臺，改進測繪方法，提高測繪效率和品質(zhì)，減輕教學負擔。這一教學技術的核心涉及到傳統(tǒng)測繪的方方面面，也涉及到現(xiàn)代教育技術的深層理論和技術問題。當然虛擬仿真實驗不能完全替代實物實驗，但可以探索將其作為實物實驗及課堂理論教學的補充。

參考文獻